(57)【要約】  スプリット・フロー再生の問題点を解消し、より多くの採水量を得ることのできるイオン交換装置の運転方法を提供する。本発明の運転方法における再生プロセスは、第１再生プロセス、及び第１再生プロセス終了後に行われる第２再生プロセスを含む。第１再生プロセスでは、再生剤（５）をイオン交換樹脂床の頂部（８）へ配液しながら、イオン交換樹脂床の底部（９）で集液することにより再生剤（５）の下降流を生成して、イオン交換樹脂床（２）の全体を再生させる。第２再生プロセスでは、再生剤（５）をイオン交換樹脂床の底部（１０）へ配液しながら、イオン交換樹脂床の中間部（１１）で集液することにより再生剤（５）の上昇流を生成して、イオン交換樹脂床（２）の一部を再生させる。第２再生プロセスの集液が行われる中間部（１１）の位置は、イオン交換樹脂床（２）の底部を基点として、少なくとも１００ｍｍの深さに設定される。
2011141953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
深さＤ１を有するイオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて処理水を製造する水処理プロセス、及び前記イオン交換樹脂床に対し、再生剤を通過させる再生プロセスを含むイオン交換装置の運転方法であって、
前記イオン交換樹脂床は、同一種のイオン交換樹脂ビーズからなり；
前記再生プロセスは、第１再生プロセス及び当該第１再生プロセス終了後に行われる第２再生プロセスを含み；
前記第１再生プロセスは、再生剤を前記イオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の底部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、前記イオン交換樹脂床の全体を再生させるプロセスであり；
前記第２再生プロセスは、再生剤を前記イオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、前記イオン交換樹脂床の一部を再生させるプロセスである、イオン交換装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２再生プロセスは、再生剤を前記イオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、前記イオン交換樹脂床の一部を再生させるとともに、再生剤を前記イオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、前記イオン交換樹脂床の他部を再生させる、イオン交換装置の運転方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；
前記イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；
深さＤ１が３００〜１５００ｍｍの前記イオン交換樹脂床に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床が設定されており；
前記第２再生プロセスは、前記硬度リーク防止床に対する再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を前記硬度リーク防止床に通過させるプロセスであり；
前記再生レベルＲ２は、前記第２再生プロセス後の前記水処理プロセスにおいて、前記硬度リーク防止床によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルである、イオン交換装置の運転方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記第２再生プロセスにおける集液位置の深さＤ３は、前記イオン交換樹脂床の底部を基点としてＤ２〜０．８×Ｄ１に設定される、イオン交換装置の運転方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２において、
イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；
前記イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；
前記第１再生プロセスの後に、原水を前記イオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の底部で集液することにより原水の下降流を生成して、導入された再生剤を押し出す第１押出プロセスを行い；
前記第２再生プロセスの後に、原水を前記イオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより原水の上昇流を生成して、導入された再生剤を押し出す第２押出プロセスを行う、イオン交換装置の運転方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２押出プロセスは、電気伝導率Ｋが１５００μＳ／ｃｍ以下，かつ全硬度Ｈが５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を用い；
前記硬度リーク防止床に対し、押出量Ｎが０．４〜２．５ＢＶ（Ｂｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ），かつ押出線速度Ｖ２が０．７〜２ｍ／ｈに設定される、イオン交換装置の運転方法。
【請求項７】
同一種のイオン交換樹脂ビーズからなり、深さＤ１を有するイオン交換樹脂床；
前記イオン交換樹脂床の頂部に設けた第１配液部；
前記イオン交換樹脂床の底部に設けた第２配液部；
前記イオン交換樹脂床の底部に設けた第１集液部；
前記イオン交換樹脂床の中間部に設けた第２集液部；
原水を前記第１配液部へ配液しながら、前記第１集液部で集液することにより原水の下降流を生成して、処理水を製造する水処理プロセスの水の流れ；再生剤を前記第１配液部へ配液しながら、前記第１集液部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、前記イオン交換樹脂床の全体を再生させる第１再生プロセスの再生剤の流れ；及び、再生剤を前記第２配液部へ配液しながら、前記第２集液部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、前記イオン交換樹脂床の一部を再生させる第２再生プロセスの再生剤の流れを切換可能なバルブ手段；並びに
前記バルブ手段を制御することにより、前記水処理プロセス，前記第１再生プロセス及び前記第２再生プロセスを順に切り換える制御手段を備える、イオン交換装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第２再生プロセスの再生剤の流れは、再生剤を前記第２配液部へ配液しながら、前記第２集液部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、前記イオン交換樹脂床の一部を再生させるとともに、前記第１配液部へ配液しながら、第２集液部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、前記イオン交換樹脂床の他部を再生させる流れである、イオン交換装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８において、
イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；
前記イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；
深さＤ１が３００〜１５００ｍｍの前記イオン交換樹脂床に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床が設定されており；
前記第２再生プロセスは、前記硬度リーク防止床に対する再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を前記硬度リーク防止床に通過させるプロセスであり；
前記再生レベルＲ２は、前記第２再生プロセス後の前記水処理プロセスにおいて、前記硬度リーク防止床によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルである、イオン交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換装置の運転方法及びイオン交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なイオン交換装置である硬水軟化装置は、構造がシンプルであるという理由で並流再生を採用しているものが多い。しかしながら、並流再生は、水処理プロセス（水軟化プロセス）での硬度リークレベルが比較的高いため、処理水を使用するボイラ等の機器でスケール障害が起きやすい。このため、高純度の処理水を得るために、再生レベル（イオン交換樹脂１リットル当たりの再生剤使用量）を高く設定する必要がある。【０００３】
向流再生は、並流再生に比べて硬度リークレベルが低いため、処理水の純度低下の課題を解消できる。しかしながら、再生プロセス中に流動しないようにイオン交換樹脂床を保持するために、各種の複雑な技術を必要とする。【０００４】
これに対して、特許文献１，２に開示されたスプリット・フロー再生は、並流再生及び向流再生の課題を同時に解決できる。すなわち、再生レベルを低く抑えても、高純度の処理水を実用的な採水量の範囲で得ることができるメリットを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ０７／２３７９６号公報
【特許文献２】特開２００８−５５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、並流再生及び向流再生の課題を解決するため、スプリット・フロー再生タイプの硬水軟化装置を開発してきた。そして、開発過程において、スプリット・フロー再生の新たな課題を見出すに至った。【０００７】
新たな課題は、硬水軟化装置の大型化に伴って、樹脂貯槽の内径を大きくした場合に起こる。すなわち、イオン交換樹脂床の直径Ｚに対する深さＤ１の比率を小さくしていくと、所期の採水量を得られないという現象が見られる。この現象は、比率Ｄ１／Ｚを小さくしていくほど顕著になる。【０００８】
本発明者らは、その原因を追究した結果、次の知見を得るに至った。スプリット・フロー再生における再生剤の流れは、図２２の矢印のように形成される。その結果、イオン交換樹脂床５０の中間集液部５１の高さ付近、かつ中間集液部５１から径方向へ離れた部分において、再生が不十分となる再生不良部分５２が存在する。つまり、この再生不良部分５２が採水量の低下をもたらす原因となっている（第１の知見）。【０００９】
従来の再生方法（並流再生，向流再生及びスプリット・フロー再生）は、イオン交換樹脂床全体の再生を１回のプロセスで行うという技術常識に基づくものである。本発明者らは、第１の知見に基づき研究を進めた結果、従来の技術常識を破って、スプリット・フロー再生のメリットを継承しつつ、前記の新たな課題を解決して、採水量を増加することができる新規かつ有用な再生プロセスを完成するに至った。すなわち、新規な再生プロセスは、並流再生及び部分向流再生をこの順で切り換えて、再生を２回のプロセスで行う。部分向流再生では、イオン交換樹脂床の中間部から下方の部分を向流で再生する。【００１０】
本発明者らは、新規な再生プロセスについて、部分向流再生の目的は、水処理プロセスにおける硬度リークの防止であるという観点から、更なる研究を進めた。その結果、十分に再生する必要があるのは、限定されたイオン交換樹脂床の領域（以下、“硬度リーク防止床”と称する）であることを突き止めた。そして、これまでの経験及び追加の実験から、硬度リーク防止床の深さは、１００ｍｍあればよく、少なくともこの限定された領域を所定の再生レベルで再生すれば、硬度リークを防止できることを解明した（第２の知見）。【００１１】
加えて、第２の知見に基づき、部分向流再生で用いる再生剤量の割合を制限して、並流再生で用いる再生剤量の割合を多くすると、採水量が増加することも明らかになった（第３の知見）。以上の知見は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズを用いる硬水軟化装置以外のイオン交換装置にも適用できると考えられる。【００１２】
本発明の目的は、次の３つの要求項目を同時に達成することである。
（１）向流再生及びスプリット・フロー再生と同等の処理水の純度を得る。
（２）再生レベルを抑えつつ、スプリット・フロー再生よりも多くの採水量を得る。
（３）イオン交換樹脂床の直径に対する深さの比率を小さくしても実用的な採水量を得る。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成する第１発明は、深さＤ１を有するイオン交換樹脂床に対し、原水を下降流で通過させて処理水を製造する水処理プロセス、及びイオン交換樹脂床に対し、再生剤を通過させる再生プロセスを含むイオン交換装置の運転方法であって、イオン交換樹脂床は、同一種のイオン交換樹脂ビーズからなり；再生プロセスは、第１再生プロセス及び当該第１再生プロセス終了後に行われる第２再生プロセスを含み；第１再生プロセスは、再生剤をイオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の底部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、イオン交換樹脂床の全体を再生させるプロセスであり；第２再生プロセスは、再生剤をイオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、イオン交換樹脂床の一部を再生させるプロセスである、イオン交換装置の運転方法である。【００１４】
第１発明によれば、向流再生及びスプリット・フロー再生と同等の処理水の純度を得ることができる。同時に、再生レベルを抑えつつ、スプリット・フロー再生よりも多くの採水量を得ることができる。しかも、イオン交換樹脂床の直径に対する深さの比率を小さくしても実用的な採水量を得ることができる。【００１５】
第２発明は、第１発明において、第２再生プロセスは、再生剤をイオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、イオン交換樹脂床の一部を再生させるとともに、再生剤をイオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、イオン交換樹脂床の他部を再生させる、イオン交換装置の運転方法である。【００１６】
第２発明によれば、第１発明の効果に加え、スプリット・フロー再生の技術をそのまま用いることができる。【００１７】
第３発明は、第１発明又は第２発明において、イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；深さＤ１が３００〜１５００ｍｍのイオン交換樹脂床に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床が設定されており；第２再生プロセスは、硬度リーク防止床に対する再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を硬度リーク防止床に通過させるプロセスであり；再生レベルＲ２は、第２再生プロセス後の水処理プロセスにおいて、硬度リーク防止床によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルである、イオン交換装置の運転方法である。【００１８】
第３発明によれば、第１発明又は第２発明の効果に加え、硬度リーク防止床において必要以上の再生剤を消費することを抑制できる。【００１９】
第４発明は、第３発明において、第２再生プロセスにおける集液位置の深さＤ３は、イオン交換樹脂床の底部を基点としてＤ２〜０．８×Ｄ１に設定される、イオン交換装置の運転方法である。【００２０】
第４発明によれば、第３発明の効果に加え、第１再生プロセスで再生済みのイオン交換樹脂床において、第２再生プロセスで硬度リーク防止床から脱離した硬度成分の再吸着による汚染量を減少できる。【００２１】
第５発明は、第１発明又は第２発明において、イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；第１再生プロセスの後に、原水をイオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の底部で集液することにより原水の下降流を生成して、導入された再生剤を押し出す第１押出プロセスを行い；第２再生プロセスの後に、原水をイオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより原水の上昇流を生成して、導入された再生剤を押し出す第２押出プロセスを行う、イオン交換装置の運転方法である。【００２２】
第５発明によれば、第１発明又は第２発明の効果に加え、押出プロセスに原水を使用するので、処理水の貯留タンク及び送水ポンプが不要になるほか、硬水軟化装置の流路を切り換えるプロセス制御バルブの構造を簡素化できる。また、押出プロセスを第１再生プロセス後と第２再生プロセス後にそれぞれ行うので、第１再生プロセスの際に、イオン交換樹脂床からの脱離した硬度成分を系外へ確実に排出することができる。更に、第１再生プロセスで配液された再生剤をイオン交換樹脂床の末端まで通過させることで、再生の効率を高めることができる。【００２３】
第６発明は、第５発明において、第２押出プロセスは、電気伝導率Ｋが１５００μＳ／ｃｍ以下，かつ全硬度Ｈが５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を用い；硬度リーク防止床に対し、押出量Ｎが０．４〜２．５ＢＶ（Ｂｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ），かつ押出線速度Ｖ２が０．７〜２ｍ／ｈに設定される、イオン交換装置の運転方法である。【００２４】
第６発明によれば、第５発明の効果に加え、イオン交換樹脂床の底部から原水を用いて押出を行っても、硬度リーク防止床の汚染が抑制されるので、純度の高い処理水を製造することができる。【００２５】
第７発明は、同一種のイオン交換樹脂ビーズからなり、深さＤ１を有するイオン交換樹脂床；イオン交換樹脂床の頂部に設けた第１配液部；イオン交換樹脂床の底部に設けた第２配液部；イオン交換樹脂床の底部に設けた第１集液部；イオン交換樹脂床の中間部に設けた第２集液部；原水を第１配液部へ配液しながら、第１集液部で集液することにより原水の下降流を生成して、処理水を製造する水処理プロセスの水の流れ；再生剤を第１配液部へ配液しながら、第１集液部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、イオン交換樹脂床の全体を再生させる第１再生プロセスの再生剤の流れ；及び、再生剤を第２配液部へ配液しながら、第２集液部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、イオン交換樹脂床の一部を再生させる第２再生プロセスの再生剤の流れを切換可能なバルブ手段；並びにバルブ手段を制御することにより、水処理プロセス，第１再生プロセス及び第２再生プロセスを順に切り換える制御手段を備える、イオン交換装置である。【００２６】
第７発明によれば、向流再生及びスプリット・フロー再生と同等の処理水の純度を得ることができる。同時に、再生レベルを抑えつつ、スプリット・フロー再生よりも多くの採水量を得ることができる。しかも、イオン交換樹脂床の直径に対する深さの比率を小さくしても実用的な採水量を得ることができる。【００２７】
第８発明は、第７発明において、第２再生プロセスの再生剤の流れは、再生剤を第２配液部へ配液しながら、第２集液部で集液することにより再生剤の上昇流を生成して、イオン交換樹脂床の一部を再生させるとともに、第１配液部へ配液しながら、第２集液部で集液することにより再生剤の下降流を生成して、イオン交換樹脂床の他部を再生させる流れである、イオン交換装置である。【００２８】
第８発明によれば、第７発明の効果に加え、スプリット・フロー再生の技術をそのまま用いることができる。【００２９】
更に、第９発明は、第７発明又は第８発明において、イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；深さＤ１が３００〜１５００ｍｍのイオン交換樹脂床に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床が設定されており；第２再生プロセスは、硬度リーク防止床に対する再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を硬度リーク防止床に通過させるプロセスであり；再生レベルＲ２は、第２再生プロセス後の水処理プロセスにおいて、硬度リーク防止床によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルである、イオン交換装置である。【００３０】
第９発明によれば、第７発明又は第８発明の効果に加え、硬度リーク防止床において必要以上の再生剤を消費することを抑制できる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、向流再生及びスプリット・フロー再生と同等の処理水の純度を得ることができる。同時に、再生レベルを抑えつつ、スプリット・フロー再生よりも多くの採水量を得ることができる。しかも、イオン交換樹脂床の直径に対する深さの比率を小さくしても実用的な採水量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の運転方法における基本プロセスを示す。
【図２】再生プロセスの相違によるイオン交換樹脂床の再生状態を示す。
【図３】イオン交換樹脂床深さＤ１，硬度リーク防止床深さＤ２及び中間集液位置深さＤ３の関係を示す。
【図４】第２押出プロセスにおける再生線速度Ｖ１及び押出量Ｎの適正範囲を示す。
【図５】他の実施形態における基本プロセスを示す。
【図６】実施例１に係る硬水軟化装置の全体構成を示す。
【図７】実施例１に係る樹脂貯槽の縦断面の構成を示す。
【図８】制御手段により実行されるプロセスのフローチャートを示す。
【図９】再生プロセス及び押出プロセスの詳細なフローチャートを示す。
【図１０】各プロセスにおけるバルブ手段の開閉状態を示す。
【図１１】各プロセスにおける流体の流れを示す。
【図１２】再生プロセスにおける再生剤の配分を示す。
【図１３】再生プロセスにおける再生剤の配分比率を示す。
【図１４】実験例１における硬水軟化装置の破過曲線を示す。
【図１５】実験例１における硬水軟化装置の貫流交換容量及び平均硬度リーク量を示す。
【図１６】実験例２における硬水軟化装置の破過曲線を示す。
【図１７】実験例２における硬水軟化装置の貫流交換容量及び平均硬度リーク量を示す。
【図１８】実施例２に係る樹脂貯槽の縦断面の構成を示す。
【図１９】各プロセスにおける流体の流れを示す。
【図２０】実験例３における硬水軟化装置の破過曲線を示す。
【図２１】実験例３における硬水軟化装置の貫流交換容量及び平均硬度リーク量を示す。
【図２２】従来のスプリット・フロー再生プロセスの再生剤の流れを示す。
【符号の説明】
【００３３】
１    イオン交換装置（硬水軟化装置）
２    イオン交換樹脂床
３    原水
４    処理水（軟水）
５    再生剤
６    硬度リーク防止床
８    第１配液部
９    第１集液部
１０  第２配液部
１１  第２集液部
Ｄ１  イオン交換樹脂床の深さ
Ｄ２  硬度リーク防止床の深さ
Ｄ３  集液位置の深さ（下側部分樹脂床の深さ）
Ｈ    原水の全硬度
Ｋ    原水の電気伝導率
Ｎ    第２押出プロセスの押出量
Ｒ２  第２再生プロセスの硬度リーク防止床に対する再生レベル
Ｕ２  第２再生プロセスの再生剤量
Ｖ２  第２押出プロセスの押出線速度
Ｘ    硬度除去容量
Ｙ    硬度リーク量
【発明を実施するための形態】
【００３４】
＜イオン交換装置の運転方法の実施形態１＞
実施形態１に係るイオン交換装置１の運転方法について詳述する。図１は、本運転方法における基本プロセスを示している。基本プロセスは、所定深さを有するイオン交換樹脂床２に対し、原水３を下降流で通過させて処理水４を製造する水処理プロセス、及びイオン交換樹脂床２に対し、再生剤５を通過させる再生プロセスを含んでいる。水処理プロセスでは、原水３をイオン交換樹脂床２の頂部に設けた第１配液部８へ配液しながら、処理水４をイオン交換樹脂床２の底部に設けた第１集液部９で集液する。
【００３５】
イオン交換樹脂床２は、同一種のイオン交換樹脂ビーズからなる。同一種とは、個々の樹脂ビーズの母体組成、及び官能基が同一であることを意味する。イオン交換樹脂ビーズは、陽イオン交換樹脂ビーズ及び陰イオン交換樹脂ビーズのうち、いずれかを選択できる。
【００３６】
再生プロセスは、第１再生プロセス、及び第１再生プロセス終了後に行われる第２再生プロセスを含んでいる。第１再生プロセスは、イオン交換樹脂床２の全体を再生させる“並流再生プロセス”である。第１再生プロセスでは、再生剤５をイオン交換樹脂床２の頂部に設けた第１配液部８へ配液しながら、イオン交換樹脂床２の底部に設けた第１集液部９で集液することにより再生剤５の下降流を生成する。一方、第２再生プロセスは、イオン交換樹脂床２の一部を再生させる“部分向流再生プロセス”である。第２再生プロセスでは、再生剤５をイオン交換樹脂床２の底部に設けた第２配液部１０へ配液しながら、イオン交換樹脂床２の中間部に設けた第２集液部１１で集液することにより再生剤５の上昇流を生成する。
【００３７】
本運転方法によれば、第１再生プロセス（並流再生プロセス）では、イオン交換樹脂床２の全体が再生される。一方、第２再生プロセス（部分向流再生プロセス）では、中間集液位置から下方のイオン交換樹脂床（以下、“下側部分樹脂床”と称する）が再生される。中間集液位置は、第２集液部１１に形成される流出孔のうち、最も下側の孔の下端で定義する。
【００３８】
並流再生プロセス及び部分向流再生プロセスは、いずれも個別に公知であるが、本運転方法では、これらのプロセスを連続して実行することに特徴を有している。つまり、並流再生プロセスを第１再生プロセスとして実行し、第１再生プロセス終了後に、部分向流再生プロセスを第２再生プロセスとして実行する。換言すれば、本運転方法は、従来行われていた一段の再生プロセスを、二段の再生プロセスに改良したものである。これを図示したものが、図１である。
【００３９】
前述のように、公知の並流再生，向流再生及びスプリット・フロー再生は、基本的に１回の再生プロセスでイオン交換樹脂床２の全体を再生させる技術常識（又は発想）に基づいている。従来の再生方法から別の再生方法への転換は、再生プロセスに要する時間が長くなったり、流路切換のバルブ機構が複雑化したりすることが予想されるので、通常は考えられない。そして、スプリット・フロー再生が、並流再生及び向流再生の課題を解決しているということからすると、技術常識を打破する動機付けは、これまではなかったと言える。しかしながら、前述のように、本発明者らは、スプリット・フロー再生において、新たな課題を見出した。そして、この新たな課題は、前記の第１の知見に基づき、技術常識を打破して、本運転方法の特徴である二段の再生プロセスにより解決された。
【００４０】
一段及び二段の再生プロセスの相違について、図２に基づき以下に説明する。図２は、硬水軟化装置におけるイオン交換樹脂床２の再生状態を定性的，かつ模式的に示すものである。紙面の上方は、イオン交換樹脂床２の頂部側であり、紙面の下方は、イオン交換樹脂床２の底部側である。図２中で、ハッチングを施している領域は、未再生のＣａ型陽イオン交換樹脂ビーズの分布を示す。一方、ハッチングを施していない領域は、再生済のＮａ型陽イオン交換樹脂ビーズの分布を示す。従来の並流再生及びスプリット・フロー再生におけるＣａ型陽イオン交換樹脂ビーズの分布は、それぞれ図２（ａ）及び（ｂ）で示される。特に、スプリット・フロー再生においては、図２２の再生不良部分５２の存在により、Ｃａ型陽イオン交換樹脂ビーズの占める面積が多くなっている。
【００４１】
これに対して、本運転方法の二段再生によるＣａ型陽イオン交換樹脂ビーズの分布は、図２（ｃ）で示される。イオン交換樹脂床２の全体に対するＣａ型陽イオン交換樹脂ビーズが占める面積の比率が小さいことは、再生プロセス後の水処理プロセスにおいて、処理水（軟水）の採水量が増加することを意味する。また、イオン交換樹脂床２の底部において、Ｃａ型陽イオン交換樹脂ビーズが占める面積の比率が小さいことは、水処理プロセスでの硬度リークレベルが低く、処理水の純度が高いことを意味している。
【００４２】
以上の説明から明らかなように、本運転方法によれば、再生不良部分５２が減少するので、スプリット・フロー再生よりも多い量であって、並流再生よりやや少ない量の採水量を得ることができる。同時に、本運転方法によれば、スプリット・フロー再生と同等の処理水の純度を確保することができる。更に、本運転方法によれば、公知の並流再生及び部分向流再生の技術をそのまま利用できるので、イオン交換装置の開発コストを低減できるという付随効果も奏する。この付随効果は、本質的ではなく、公知の並流再生及び部分向流再生の技術を変形したものとしても良いことは勿論である。
【００４３】
（イオン交換装置の運転方法の好適例１）
実施形態１に係る運転方法は、好適例１〜４を含む。好適例１では、イオン交換装置１を硬水軟化装置とするとともに、イオン交換樹脂床２を強酸性陽イオン交換樹脂ビーズから構成する。そして、図３に示すように、前記の第２の知見に基づき、深さＤ１が３００〜１５００ｍｍのイオン交換樹脂床２に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床６を設定する。
【００４４】
第２再生プロセスでは、硬度リーク防止床６に対する再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を、硬度リーク防止床６に通過させる。再生レベルＲ２は、第２再生プロセス後の水処理プロセス（水軟化プロセス）において、硬度リーク防止床６によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルである。再生剤として塩化ナトリウム（分子量：５８．５）を使用した場合、再生レベルＲ２の範囲は、５９〜３５１ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒに相当する。
【００４５】
硬度リーク防止床６は、深さＤ３を有する下側部分樹脂床７の底部を占めるものある。下側部分樹脂床７において、硬度リーク防止床６とそれ以外の部分とは、視覚的に識別されるものではなく、仮想的なものである。硬度リーク防止床６は、所要の軟水の純度を確保する機能を持つ。
【００４６】
イオン交換樹脂床２の深さＤ１を３００〜１５００ｍｍとするのは、次の理由による。まず、下限値について説明する。イオン交換樹脂床２の深さＤ１が極端に低い場合、再生剤の偏流やショートパスが起こりやすくなるため、再生効率が低下してしまう。また、イオン交換反応が起こる領域（イオン交換帯）の長さが伸びると、有効に利用できるイオン交換樹脂床２が少なくなるため、イオン交換容量（貫流交換容量）が少なくなる。従って、イオン交換樹脂床２の容量が２０Ｌを超えるような硬水軟化装置の設計では、通常は８００ｍｍ以上の深さが推奨される。しかしながら、特に小容量の硬水軟化装置であれば、３００ｍｍ以上の深さを確保すれば実用できる。このため、３００ｍｍを下限値とする。次に、上限値について説明する。本来、上限値は不要である。ただし、イオン交換樹脂床２の深さＤ１が高過ぎると、通水時の圧力損失が上昇したり、装置高さが高くなって運送上の問題が発生したりする。このような事情から、イオン交換樹脂床２の深さが１５００ｍｍを超える硬水軟化装置は、製造される可能性は低い。このため、１５００ｍｍを上限値とする。
【００４７】
硬度リーク防止床６の深さＤ２を１００ｍｍに設定する理由は、前記の第２の知見に基づくもので、次の通りである。まず、硬水軟化装置は、イオン交換樹脂床２の深さＤ１を３００〜１５００ｍｍとすること；第２再生プロセスでは、硬度リーク防止床６に対する再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を硬度リーク防止床６に通過させること；及び、再生レベルＲ２は、第２再生プロセス後の水処理プロセスにおいて、硬度リーク防止床６によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルとすること、を前提としている。この前提において、硬度リーク防止床６を除くイオン交換樹脂床２で原水に含まれる硬度成分のほぼ９９％を除去し、かつ硬度リーク防止床６で残り１％を除去するために、少なくとも１００ｍｍの深さＤ２を確保する。
【００４８】
再生レベルＲ２を１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとするのは、次の理由による。再生レベル（ｅｑ／Ｌ−Ｒ）を横軸とし、再生率（％）を縦軸とした再生レベル−再生率特性において、下限値の１．０ｅｑ／Ｌ−Ｒ以下では、再生剤量が少なく、再生が不安定となる。また、上限値の６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒは、実用性と経済性の観点から定めた値である。再生レベルＲ２は、より好ましくは、２．６〜５．１ｅｑ／Ｌ−Ｒとする。この範囲は、実験的に確認されたものである。より好ましい再生レベルＲ２は、後述する実施例１で説明するように、下側部分樹脂床７の深さＤ３を２５０ｍｍとして、この下側部分樹脂床７に対する再生レベルＲ２１に換算すると、１．０〜２．１ｅｑ／Ｌ−Ｒに相当する。
【００４９】
好適例１においては、硬水軟化装置の再生プロセスを通じて、全再生レベルＲが１．０〜４．１ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる全再生剤量Ｕをイオン交換樹脂床２に通過させる。具体的には、第１再生プロセスでは、全再生剤量Ｕから前記の再生剤量Ｕ２（再生レベルＲ２から求められる再生剤量）を差し引いた残りの再生剤量Ｕ１を、イオン交換樹脂床２の全体に通過させる。一方、第２再生プロセスでは、再生剤量Ｕ２を硬度リーク防止床６に通過させる。つまり、全再生レベルＲは、第１再生プロセス及び第２再生プロセスを通じての包括的な再生レベルとして定義される。
【００５０】
（イオン交換装置の運転方法の好適例２）
前記の好適例１においては、次のように構成するのが好ましい。好適例２では、第２再生プロセスにおける集液位置の深さＤ３を、イオン交換樹脂床２の底部を基点としてＤ２〜０．８×Ｄ１に設定し、より好ましくは、Ｄ２〜０．５×Ｄ１に設定する。
【００５１】
深さＤ３の下限値は、中間集液位置が硬度リーク防止床６の深さＤ２以上でないと、硬度リーク防止床６の再生が十分に行われないので、深さＤ２と同じ値とする。深さＤ３の上限値は、イオン交換樹脂床２の汚染と流動を防止する観点から、０．８×Ｄ１に設定する。底部からの集液位置の深さＤ３が高くなると、第２再生プロセスで発生した高濃度のＣａイオンを含有する再生排液が、イオン交換樹脂床２を汚染しやすい。すなわち、第１再生プロセスで再生されたイオン交換樹脂床２に硬度成分が再吸着することにより、採水量が低下するおそれがある。また、底部からの集液位置の深さＤ３が高くなると、第２再生プロセス中に、再生剤の流れにより下側部分樹脂床７が流動しやすい。すなわち、下側部分樹脂床７に対して上側部分樹脂床の比率が小さく、下方への押圧力が小さい場合、樹脂ビーズが浮上することにより、再生剤との接触時間が短くなるおそれがある。このため、実用的な採水量を確保できる範囲内で、深さＤ３の上限値を０．８×Ｄ１に設定する。更に、イオン交換樹脂床２の汚染と流動を確実に防止して、採水量を高めるためは、深さＤ３の上限値を０．５×Ｄ１とするのがより好ましい。なお、深さＤ３の上限値の例示は、臨界的意義を有するものではなく、変更可能である。
【００５２】
（イオン交換装置の運転方法の好適例３）
前記の好適例１及び好適例２においては、次のように操作するのが好ましい。好適例３では、第１再生プロセスの後に、原水３をイオン交換樹脂床２の頂部へ配液しながら、イオン交換樹脂床２の底部から集液することにより、原水３の下降流を生成して、導入された再生剤５を押し出す第１押出プロセスを行う。そして、第２再生プロセスの後にも、原水３をイオン交換樹脂床２の底部へ配液しながら、イオン交換樹脂床２の中間部で集液することにより、原水３の上昇流を生成して、導入された再生剤５を押し出す第２押出プロセスを行う。
【００５３】
好適例３では、第１押出プロセスを行うことにより、第１再生プロセスで使用される再生剤量Ｕ１を、無駄なくイオン交換樹脂床２の末端まで通過させ、かつ樹脂ビーズから脱離した硬度成分が再吸着することを防止する。このため、第１再生プロセスの再生効率を上げることができる。また、第２再生プロセスを行う前に、第１再生プロセスで脱離した硬度成分を、硬度リーク防止床６から系外へ排出するので、第２再生プロセスの再生効率を上げることができる。
【００５４】
更に、第１及び第２押出プロセスでは、押出水として処理水（軟水）を使用しない。このため、押出プロセスに処理水を使用する従来の硬水軟化装置と比較して、処理水の貯留タンク及び送水ポンプが不要となる。加えて、硬水軟化装置の流路を切り換えるプロセス制御バルブの構造を簡素化できるメリットがある。
【００５５】
（イオン交換装置の運転方法の好適例４）
前記の好適例３においては、原水を用いて押出プロセスを行った場合でも、高い純度の軟水が得られるように、次のように操作するのが好ましい。好適例４では、第２押出プロセスは、電気伝導率Ｋが１５００μＳ／ｃｍ以下，かつ全硬度Ｈが５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を用いる。更に、硬度リーク防止床６に対し、押出量Ｎが０．４〜２．５ＢＶ（Ｂｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ），かつ押出線速度Ｖ２が０．７〜２ｍ／ｈに設定される。好適例４は、硬度リーク防止床６に対する第２押出プロセスの条件（以下、単に“押出条件”という）を特定したものである。以下、押出条件について詳細に説明する。
【００５６】
第２押出プロセスでは、押出水として原水（硬水）を用いた場合、押出量Ｎが多くなり過ぎると、硬度リーク防止床６の下端部付近でイオン交換が行われ、硬度成分（Ｃａイオン及びＭｇイオン）の吸着が起こる。すると、その後の水処理プロセスでは、硬水のイオン交換により水中に放出されたＮａイオンやＫイオンが硬度リーク防止床６の下端部付近に吸着している硬度成分を脱離させ、軟水の硬度リークレベルを増加させてしまう。この問題を解決するため、好適例４では、所定水質の原水を用いた場合の押出量Ｎ及び押出線速度Ｖ２を制限する。押出量Ｎ及び押出線速度Ｖ２の決定は、次の３ステップにより行う。
【００５７】
ステップ１では、硬度リーク防止床の深さＤ２，原水の電気伝導率Ｋ，原水の全硬度Ｈ，全再生レベルＲ，再生剤濃度Ｃ，水処理プロセスで欲する硬度除去容量Ｘ，及び軟水の硬度リーク量Ｙを含む諸条件を与える。硬度リーク防止床６の深さＤ２は、前記の好適例１を参照して、深さＤ１が３００〜１５００ｍｍのイオン交換樹脂床２に対して、少なくとも１００ｍｍに設定される。原水の電気伝導率Ｋは、大陸性水質（例えば、中国大陸や北米大陸）の天然水の大半が含まれるように、１５００μＳ／ｃｍ以下に設定される。原水の全硬度Ｈは、電気伝導率と同じ趣旨に沿って、５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下に設定される。全再生レベルＲは、前記の好適例１を参照して、１．０〜４．１ｅｑ／Ｌ−Ｒ（６０〜２４０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ）に設定される。再生剤濃度Ｃは、標準的な硬水軟化装置で採用されている５〜１５ｗｔ％に設定される。硬度除去容量Ｘは、並流再生タイプの硬水軟化装置と同等の採水量を確保する観点から、３０〜６０ｇＣａＣＯ３／Ｌ−Ｒに設定される。この範囲は、全再生レベルＲが１．０〜４．１ｅｑ／Ｌ−Ｒの場合に対応する。硬度リーク量Ｙは、軟水をボイラ装置や逆浸透膜装置に供給することを想定して、１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下に設定される。
【００５８】
ステップ２では、硬度除去容量Ｘが再生レベルＲ及び再生線速度Ｖ１に関係することを利用して、所望の硬度除去容量Ｘが得られる再生線速度Ｖ１を設定する。再生線速度Ｖ１は、先に設定された硬度除去容量Ｘにより決まる。ただし、次の理由により、上限値及び下限値を定める。まず、上限値について説明する。第２再生プロセス（部分向流再生プロセス）は、第１再生プロセス（並流再生プロセス）と比較して、イオン交換樹脂床２と再生剤５の接触時間が短くなる傾向がある。このため、再生線速度Ｖ１の上限値を制限し、接触時間を延ばして再生を促進させる必要がある。そこで、並流再生タイプの硬水軟化装置と同等の硬度除去容量Ｘ（例えば、４３ｇＣａＣＯ３／Ｌ−Ｒ）を確保するために、再生線速度Ｖ１は、好ましくは２ｍ／ｈ以下に設定する。この上限値は、図４において線Ｌ１で表される。線Ｌ１より左側の領域は、硬度除去容量Ｘが要求量以上となる再生線速度Ｖ１の範囲を示している。逆に、線Ｌ１より右側の領域は、硬度除去容量Ｘが要求量未満となる再生線速度Ｖ１の範囲を示している。次に、下限値について説明する。再生線速度Ｖ１が０．７ｍ／ｈを下回ると、イオン交換樹脂床２内で再生剤５の偏流やショートパスが生じやすい。この下限値は、図４において線Ｌ２で表される。線Ｌ２より左側の領域では、再生が不十分になりやすく、水処理プロセス時にイオン交換樹脂床２が短時間で破過するおそれがある。従って、再生線速度Ｖ１は、線Ｌ１と線Ｌ２の間の領域に対応する０．７〜２ｍ／ｈの範囲に設定する。
【００５９】
ステップ３は、軟水の硬度リーク量Ｙが要求量以下となる押出線速度Ｖ２及び押出量Ｎを設定する。まず、押出線速度Ｖ２は、再生線速度Ｖ１と特定の相関関係を有しているので、再生線速度Ｖ１と近似することができる。そのため、ステップ２で設定された再生線速度Ｖ１を参照して、再生線速度Ｖ２を０．７〜２ｍ／ｈの範囲に設定する。次に、再生線速度Ｖ１に対して、０．７〜２ｍ／ｈの条件を与えると、硬度リーク量Ｙが要求量以下となる押出量Ｎの上限値を求めることができる。この上限値は、図４における線Ｌ３で表されるので、押出量Ｎの最大値は、線Ｌ１と線Ｌ３の交点に相当する２．５ＢＶとなる。一方、押出量Ｎの下限値は、イオン交換樹脂床２の空隙率に相当する０．４ＢＶとする。この下限値は、図４において線Ｌ４で表される。線Ｌ４より下側の領域では、押出量Ｎが極端に少なく、イオン交換樹脂床２と再生剤５の接触時間が不十分になるため、再生効率が低下する。また、イオン交換樹脂床２内に再生剤５が残留するため、水処理プロセスで再生剤５が後段の機器へ流出し、腐食破損などの障害を引き起こすおそれもある。従って、押出量Ｎは、線Ｌ３と線Ｌ４との間の領域に対応する０．４〜２．５ＢＶの範囲に設定する。
【００６０】
以上から、押出線速度Ｖ２（再生線速度Ｖ１に相当）及び押出量Ｎの適正範囲は、図４に示す通り、線Ｌ１〜Ｌ４で囲まれる領域Ａとなる。すなわち、領域Ａで規定される範囲が、好適例４の押出条件である。好適例４の押出条件によれば、電気伝導率Ｋが１５００μＳ／ｃｍ以下，かつ全硬度Ｈが５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を用いた場合でも、硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造することができる。
【００６１】
＜イオン交換装置の実施形態１＞
本実施形態１は、上記の運転方法に係る実施形態１を実現するイオン交換装置である。イオン交換装置１は、同一種のイオン交換樹脂ビーズからなるイオン交換樹脂床２に、再生剤５を通液して再生するものである。イオン交換装置１は、イオン交換樹脂床２；イオン交換樹脂床２の頂部に設けた第１配液部８；イオン交換樹脂床２の底部に設けた第２配液部１０；イオン交換樹脂床２の底部に設けた第１集液部９；イオン交換樹脂床２の中間部に設けた第２集液部１１；及びバルブ手段を備えている。
【００６２】
バルブ手段は、少なくとも次の流れを切換可能に構成されている。
（ａ）原水３を第１配液部８へ配水しながら、第１集液部９で集液することにより原水３の下降流を生成して、処理水４を製造する水処理プロセスの流体の流れ
（ｂ）再生剤５を第１配液部８へ配液しながら、第１集液部９で集液することにより再生剤５の下降流を生成して、イオン交換樹脂床２の全体を再生させる第１再生プロセスの流体の流れ
（ｃ）再生剤５を第２配液部１０へ配液しながら、第２集液部１１で集液することにより再生剤５の上昇流を生成して、下側部分樹脂床７を再生させる第２再生プロセスの流体の流れ
【００６３】
更に、イオン交換装置１は、バルブ手段を制御して、水処理プロセス，第１再生プロセス及び第２再生プロセスを順に切り換える制御手段を備えている。制御手段は、第１再生プロセスを行った後、第２再生プロセスに切換えて、イオン交換樹脂床２の再生を二段階で行う。
【００６４】
（イオン交換装置の好適例１）
実施形態１に係るイオン交換装置１は、好適例１〜３を含む。好適例１〜３は、硬水軟化装置である。好適例１では、深さＤ１が３００〜１５００ｍｍのイオン交換樹脂床２に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床６を設定する。第２再生プロセスでは、硬度リーク防止床６に対する再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を硬度リーク防止床６に通過させる。そして、再生レベルＲ２は、第２再生プロセス後の水処理プロセス（水軟化プロセス）において、硬度リーク防止床６によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルである。
【００６５】
（イオン交換装置の好適例２）
前記の好適例１においては、次のように構成するのが好ましい。好適例２では、硬水軟化装置の再生プロセスを通じて、全再生レベルＲが１．０〜４．１ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる全再生剤量Ｕをイオン交換樹脂床２に通過させる。具体的には、第１再生プロセスでは、全再生剤量Ｕから前記の再生剤量Ｕ２（再生レベルＲ２から求められる再生剤量）を差し引いた残りの再生剤量Ｕ１を、イオン交換樹脂床２の全体に通過させる。一方、第２再生プロセスでは、再生剤量Ｕ２を硬度リーク防止床６に通過させる。
【００６６】
（イオン交換装置の好適例３）
前記の好適例２においては、次のように構成するのが好ましい。好適例３では、硬水軟化装置は、全再生レベルＲを１．０〜４．１ｅｑ／Ｌ−Ｒの範囲内で任意に選択可能な選択手段を備える。そして、制御手段は、選択された全再生レベルＲに対応して、再生レベルＲ２を１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒ、好ましくは２．６〜５．１ｅｑ／Ｌ−Ｒの範囲で設定する。再生レベルＲ２は、全再生レベルＲの増加に伴って増加する関係の設定値である。好適例３によれば、高い全再生レベルＲを選択しても、第２再生プロセスで必要以上の再生剤を使用しない。従って、第１再生プロセスでの再生剤の使用割合を多くすることができるので、採水量を増加させることができる。
【００６７】
（イオン交換装置の構成要素）
実施形態１に係るイオン交換装置１の構成要素について説明する。イオン交換樹脂ビーズは、陽イオン交換樹脂ビーズ及び陰イオン交換樹脂ビーズのうち、いずれかを選択できる。また、再生剤は、陽イオン交換樹脂ビーズを用いる硬水軟化装置では、塩化ナトリウム，塩化カリウム，水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等を利用できる。イオン交換樹脂床２は、特定の構成に限定されない。例えば、ケイ石や不活性樹脂からなる支持床上に積層されていてもよい。イオン交換樹脂床２は、樹脂貯槽内に配置される。樹脂貯槽は、特定の形状，構造及び材質に限定されない。
【００６８】
第１配液部８は、好ましくは、イオン交換樹脂床２の頂部から再生剤５をイオン交換樹脂床２の横断面に亘り、できるだけ均等に流す構造とする。このため、第１配液部８は、再生剤５をイオン交換樹脂床２の横断面に亘り分散させる構造が望ましい。しかしながら、イオン交換樹脂床２の上部にフリー・ボードが存在し、この空間に再生剤５が貯留されれば、再生剤５がイオン交換樹脂床２の横断面に亘ってほぼ均等に流れる。このため、第１配液部８の分散構造は、必須の要件ではない。
【００６９】
第１集液部９は、好ましくは、イオン交換樹脂床２の底部から再生剤５をイオン交換樹脂床２の横断面に亘り、できるだけ均等に収集する構造とする。このため、イオン交換樹脂床２の下にケイ石や不活性樹脂からなる支持床を設け、支持床中に第１集液部９を配置することが望ましい。なお、樹脂貯槽を円筒形状とする場合には、第１集液部９のサイズ（例えば、外径）は、樹脂貯槽の下端部または上端部に形成した開口から挿入可能であることが望ましい。第１集液部９のサイズを小型化しておくことで、装置の組み立てが容易になる。
【００７０】
第２配液部１０は、好ましくは、第１集液部９と兼用するが、これに限定されるものではない。すなわち、第２配液部１０は、第１集液部９と個別に設けてもよい。
【００７１】
第２集液部１１は、好ましくは、イオン交換樹脂床２の中間部から再生剤５をイオン交換樹脂床２の横断面に亘り、できるだけ均等に収集する構造のものとする。とは言え、現実的には、イオン交換樹脂床２の中間部において、均等な収集は困難である。勿論、第２集液部１１を水平方向に広げる構造とすれば、より均等な収集が可能である。しかしながら、第２集液部１１では、実際に液が流入する孔の位置や数が限定される関係上、偏流を避けることはできない。なお、樹脂貯槽を円筒形状とする場合には、第２集液部１１のサイズ（例えば、外径）は、樹脂貯槽の下端部または上端部に形成した開口から挿入可能であることが望ましい。第２集液部１１のサイズを小型化しておくことで、装置の組み立てが容易になる。
【００７２】
バルブ手段は、適正な個数のバルブにより構成される。バルブ手段は、イオン交換装置１の各プロセスにおける流体の流れを制御できるものであれば、特定の構成に限定されない。
【００７３】
＜イオン交換装置の運転方法及びイオン交換装置の実施形態２＞
本発明は、上記の実施形態１に限定されるものではなく、他の実施形態２を含む。実施形態２は、実施形態１の第２再生プロセスを変形したものである。実施形態２での第２再生プロセスは、図５に示すように、再生剤５の上昇流に加えて、イオン交換樹脂床２の頂部へ再生剤５を配液しながら、中間部で集液する下降流を有する。
【００７４】
実施形態２においては、下側部分樹脂床７の部分向流再生に加えて、第２集液部１１よりも上方の上側部分樹脂床の部分並流再生を同時に行うことになる。部分向流再生及び部分並流再生を同時に行う第２再生プロセスは、従来のスプリット・フロー再生に準じる技術である。しかしながら、実施形態２は、第２再生プロセスに先行して、第１再生プロセスで全体並流再生を行う点で、スプリット・フロー再生とは本質的に異なる。
【００７５】
実施形態２においては、実施形態１と同様に、イオン交換樹脂床２を陽イオン交換樹脂ビーズから構成することにより、イオン交換装置１を硬水軟化装置とすることができる。硬水軟化装置においては、好ましくは、深さＤ１が３００〜１５００ｍｍのイオン交換樹脂床２に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床６を設定する。第２再生プロセスでは、硬度リーク防止床６に対する所定再生レベルＲ２が１．０〜６．０ｅｑ／Ｌ−Ｒとなる再生剤量Ｕ２を硬度リーク防止床６に通過させる。再生レベルＲ２は、第２再生プロセス後の水処理プロセス（水軟化プロセス）において、硬度リーク防止床６によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能なレベルである。
【００７６】
また、硬水軟化装置においては、第２再生プロセスにおける集液位置の深さＤ３を、イオン交換樹脂床２の底部を基点としてＤ２〜０．８×Ｄ１に設定し、より好ましくは、Ｄ２〜０．５×Ｄ１に設定する。更に、部分向流再生及び部分並流再生の再生剤の配分は、部分向流再生の再生剤量を、部分並流再生の再生剤量よりも多くするのが好ましい。しかしながら、部分向流再生及び部分並流再生の再生剤の配分は、両者を等量としてもよい。
【００７７】
実施形態２によれば、スプリット・フロー再生に適用される樹脂貯槽及び／又はバルブ手段を、そのまま使用できる。
【実施例１】
【００７８】
＜硬水軟化装置の構成＞
図６は、実施例１に係る硬水軟化装置の全体構成を示す。硬水軟化装置１は、例えば、家屋やマンション等の居住建物；ホテルや大衆浴場等の集客施設；ボイラやクーリングタワー等の冷熱機器；食品加工装置や洗浄装置等の水使用機器と接続される。硬水軟化装置１は、樹脂貯槽１２；バルブ手段としてのプロセス制御バルブ１３（以下、単に“制御バルブ”と称する）；再生剤としての塩水を供給する塩水供給装置１４；及び、塩水流量計１５等からの信号を入力して制御バルブ１３等を制御する制御手段としての制御器１６を主に備えている。【００７９】
図７に示すように、樹脂貯槽１２は、一体成形された合成樹脂製のベッセル１７を備える。ベッセル１７の底部には、微小なケイ石からなるケイ石床１８が充填される。ケイ石床１８の上部には、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなるイオン交換樹脂床２が充填される。イオン交換樹脂床２の上部には、フリー・ボードが形成される。ケイ石床１８は、樹脂ビーズの流出を防止し、かつ流体の流れをイオン交換樹脂床２の横断面において均一化する整流部材の機能を果たす。【００８０】
ベッセル１７の上端の第１開口部１９には、第１通液部２０が形成されている。一方、ベッセル１７の下端の第２開口部２１には、第２通液部２２及び第３通液部２３が形成されている。【００８１】
第１通液部２０は、樹脂ビーズの流出を防止するために、下端が閉じられた筒状の第１スクリーン２４を備えている。第１スクリーン２４の上端は、第１開口部１９に固定された環状の第１固定部材２５にねじ込まれている。第１固定部材２５には、第１Ｌ型配管２６が上方からねじ込まれて固定されている。【００８２】
第２通液部２２は、上端が閉じられた筒状の第２スクリーン２７を備えている。第２スクリーン２４の下端は、第２開口部２１に固定された環状の第２固定部材２８にねじ込まれている。第２固定部材２８には、第２Ｌ型配管２９が下方からねじ込まれて固定されている。【００８３】
第３通液部２３は、第３スクリーン３０及び集液管３２を含む。第３スクリーン３０は、イオン交換樹脂床２の中間に配置され、集液管３２を介して第２Ｌ型配管２９に形成された流出口３１と連通接続される。集液管３２は、第２スクリーン２７の上端面を貫通して取り付けられる。第３スクリーン３０には、樹脂ビーズの流出を防止するために、周面に網目状の多数の孔（符号省略）が形成されている。多数の孔は、細いスリットの集合体とすることもできる。下側部分樹脂床７は、孔の最下端部から、イオン交換樹脂床２の下端までの領域で定義される。【００８４】
第１Ｌ型配管２６及び第２Ｌ型配管２９は、コストダウンのために共通の部品で構成されている。ただし、第１Ｌ型配管２６では、流出口３１は使用しないので塞がれている。第１スクリーン２４の外径は、第１開口部１９の内径よりも小さく設定されている。また、第２スクリーン２７及び第３スクリーン３０の外径は、第２開口部１９の内径よりも小さく設定されている。このため、各スクリーン２４，２７，３０は、樹脂貯槽１２の外側から挿入して組み立て可能になっている。【００８５】
実施例１では、床深さＤ１〜Ｄ３は、次のように設定される。
イオン交換樹脂床２の深さＤ１：９２１ｍｍ
硬度リーク防止床６の深さＤ２：１００ｍｍ
下側部分樹脂床７の深さＤ３  ：２５０ｍｍ【００８６】
制御バルブ１３は、図８及び図９に示されたプロセスを切り換える。すなわち、流路を切り換えながら、次のＳ１からＳ８までのプロセスを順次実行する。
（Ｓ１）原水をイオン交換樹脂床２全体に対して上から下へ通過させる水処理プロセス（水軟化プロセス）
（Ｓ２）洗浄水としての原水をイオン交換樹脂床２全体に対して下から上へ通過させる逆洗浄プロセス
（Ｓ３）再生剤としての塩水をイオン交換樹脂床２全体に対して上から下へ通過させる第１再生プロセス
（Ｓ４）押出水としての原水をイオン交換樹脂床２全体に対して上から下へ通過させる第１押出プロセスＳ４
（Ｓ５）再生剤としての塩水を下側部分樹脂床７に対して下から上へ通過させる第２再生プロセス
（Ｓ６）押出水としての原水を下側部分樹脂床７に対して下から上へ通過させる第２押出プロセス
（Ｓ７）濯ぎ水としての原水をイオン交換樹脂床２全体に対して上から下へ通過させるリンス・プロセス
（Ｓ８）原水を塩水供給装置１４へ供給する補水プロセス【００８７】
制御バルブ１３は、通水制御用の第１バルブＭ１及び第２バルブＭ２；バイパス制御用の第３バルブＭ３；逆洗浄制御用の第４バルブＭ４；塩水制御用の第５バルブＭ５；エゼクタ制御用の第６バルブＭ６及び第７バルブＭ７；排水制御用の第８バルブＭ８；並びにリンス制御用の第９バルブＭ９を含んで構成されている。各バルブＭ１〜Ｍ９は、制御器１６により、図１０に示すように、プロセスＳ１〜Ｓ８毎に開閉が制御される。その結果、図１１に示すように、樹脂貯槽１２内において、プロセスＳ１〜Ｓ７毎に、流体の流れが生成される。なお、水処理プロセスＳ１と逆洗浄プロセスＳ２の間には、全てのバルブＭ１〜Ｍ９を閉じる再生待機プロセス（図示省略）を設けている。また、補水プロセスＳ８と水処理プロセスＳ１の後には、全てのバルブＭ１〜Ｍ９を閉じる通水待機プロセス（図示省略）を設けている。【００８８】
図１１で示される流体の流れが生成される結果、第１通液部２０は、配液部又は集液部として機能する。すなわち、水処理プロセスＳ１，第１再生プロセスＳ３，第１押出プロセスＳ４及びリンス・プロセスＳ７では、第１通液部２０は、配液部（本発明の第1配液部）として機能する。一方、逆洗浄プロセスＳ２では、第１通液部２０は、集液部として機能する。【００８９】
第２通液部２２は、配液部又は集液部として機能する。すなわち、逆洗浄プロセスＳ２，第２再生プロセスＳ５及び第２押出プロセスＳ６では、第２通液部２２は、配液部（本発明の第２配液部）として機能する。一方、水処理プロセスＳ１，第１再生プロセスＳ３，第１押出プロセスＳ４及びリンス・プロセスＳ７では、第２通液部２２は、集液部（本発明の第１集液部）として機能する。【００９０】
第３通液部２３は、集液部としてのみ機能する。すなわち、第２再生プロセスＳ５及び第２押出プロセスＳ５において、第３通液部２３は、集液部（本発明の第２集液部）として機能する。【００９１】
図６において、符号３３は、ストレーナを示す。符号３４は、オリフィスを示す。符号３５は、エゼクタを示す。符号３６は、定流量弁を示す。符号３７は、フィルタを示す。樹脂貯槽１２，塩水供給装置４及びバルブＭ１〜Ｍ９等の要素は、第１配管３８−１，第２配管３８−２，・・・，及び第２０配管３８−２０により接続されている。これらの各配管３８は、黒丸で示す分岐点（符号省略）により区画される配管である。【００９２】
制御器１６は、マイクロコンピュータ及びメモリ（図示省略）を含んで構成される。制御器１６は、運転指示器４０，塩水流量計１５等からの信号を入力して、制御バルブ１３等を制御する。メモリには、本発明の運転方法を実行する制御プログラムが予め記憶されている。【００９３】
運転指示器４０は、硬水軟化装置１の運転開始及び運転停止の指示を受け付ける。また、運転指示器４０は、原水硬度に応じて、再生プロセス全体を通じた全再生レベルＲ（ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ）を、図１２（ａ）に示すように、６０，９０，１２０，１８０，２４０の５段階で選択して入力できるように構成されている。【００９４】
メモリに記憶された制御プログラムは、図８及び図９に示されたプロセスを含んでいる。すなわち、制御プログラムは、第１再生プロセスＳ３，第１押出プロセスＳ４，第２再生プロセスＳ５及び第２押出プロセスＳ６からなる二段再生を実行するようになっている。図１１に示すように、第１再生プロセスＳ３では、再生剤５（塩水）を第1通液部２０によりイオン交換樹脂床２の頂部へ配液しながら、第２通液部２２によりイオン交換樹脂床２の底部で集液することにより再生剤５の下降流を生成し、イオン交換樹脂床２の全体を再生させる。一方、第２再生プロセスＳ５では、再生剤５（塩水）を第２通液部２２によりイオン交換樹脂床２の底部へ配液しながら、第３通液部２３によりイオン交換樹脂床２の中間部で集液することにより再生剤５の上昇流を生成し、下側部分樹脂床７を再生させる。【００９５】
制御プログラムにおいては、図１２（ａ）に示すように、選択された全再生レベルＲに応じて、再生プロセスＳ３，Ｓ５の再生剤の配分パターンをＰ１〜Ｐ５に設定する。すなわち、全再生レベルＲが６０〜２４０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒの範囲で選択されると、第２再生プロセスＳ５の再生レベルＲ２が、１５０〜３００ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒの範囲で自動的に設定される。再生レベルＲ２は、水処理プロセスＳ１において、硬度リーク防止床６によって硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造可能な値である。なお、図１２（ａ）は、再生レベルを重量表記で示しているが、ＮａＣｌの分子量を５８．５として当量表記（ｅｑ／Ｌ−Ｒ）すると、図１２（ｂ）で示される。【００９６】
再生レベルＲ２の自動設定においては、全再生レベルＲが所定値（１２０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ）以上では、再生レベルＲ２が上限値（３００ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ）を超えないように調整している。つまり、硬度リーク防止床６に対して、必要以上の再生剤を使用しないように制限している。そして、全再生レベルＲに対応して再生レベルＲ２が設定された後、第１再生プロセスＳ３の再生レベルＲ１が次のようにして求められ、自動的に設定される。【００９７】
再生プロセス全体を通じて使用される全再生剤量Ｕ（ｇＮａＣｌ）は、全再生レベルＲにイオン交換樹脂床２の樹脂量を乗算して求められる。第２再生プロセスＳ５において、硬度リーク防止床６に対して供給される再生剤量Ｕ２（ｇＮａＣｌ）は、再生レベルＲ２に硬度リーク防止床６の樹脂量を乗算して求められる。第１再生プロセスＳ３において、イオン交換樹脂床２の全体に対して供給される再生剤量Ｕ１（ｇＮａＣｌ）は、全再生剤量Ｕから再生剤量Ｕ２を減算して求められる。そして、第１再生プロセスＳ３の再生レベルＲ１は、全再生剤量Ｕ１をイオン交換樹脂床２の樹脂量で除算して求められる。なお、下側部分樹脂床７に対する再生レベルＲ２１は、再生剤量Ｕ２を下側部分樹脂床７の樹脂量で除算して求められる。【００９８】
図１３は、再生剤の配分比率（Ｕ１／Ｕ又はＵ２／Ｕ）を示している。図１３によれば、第２再生プロセスＳ５では、全再生剤量Ｕのうち、１４〜２７％の再生剤が使用される。再生剤量Ｕ２は、硬度リーク量が１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を製造するための必要量として優先的に確保される。一方、第１再生プロセスＳ３では、全再生剤量Ｕのうち、８６〜７３％の再生剤が使用される。残りの再生剤量Ｕ１は、採水量を増加させるために確保される。【００９９】
＜硬水軟化装置の運転方法＞
次に、実施例１に係る硬水軟化装置の運転方法を説明する。以下では、本発明に直接関係のある水処理プロセスＳ１及び再生プロセスＳ３，Ｓ５の動作を中心に説明する。【０１００】
（運転指示）
ユーザーは、硬水軟化装置１の運転前に、予め運転指示器４０により全体再生レベルＲを選択する。具体的には、運転指示器４０に５つのパターンＰ１〜Ｐ５を表示させて、原水硬度に応じて、１つのパターンを選択する。そして、運転指示器４０の運転開始ボタン（図示省略）を操作する。すると、イオン交換樹脂床２の再生が終了している場合において、水処理プロセスＳ１が開始される。【０１０１】
（水処理プロセスＳ１）
制御器１６からの指令信号により、制御バルブ１３（Ｍ１〜Ｍ９）は、図１０のＳ１に示すように開閉状態が制御される。その結果、原水３は、配管３８−１，３８−２，３８−３，３８−４，３８−５を順次流れ、第１通液部２０から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された原水３は、イオン交換樹脂床２を下降流で通過し、その過程で硬度成分がＮａイオンに置換され、軟水化される。イオン交換樹脂床２を通過した処理水（軟水）４は、第２通液部２２で収集される。その後、処理水は、配管３８−１６，３８−１３，３８−１２，３８−１７を順次流れ、ユース・ポイントへ供給される（図６，及び図１１のＳ１を参照）。そして、所定量の処理水を採取することにより、イオン交換樹脂床２が硬度成分を置換できなくなると、再生プロセスを実施する。【０１０２】
（再生プロセス）
再生プロセスは、イオン交換樹脂床２の硬度除去容量Ｘを回復させるために、プロセスＳ２からＳ８までを順次実行する（図８を参照）。これらのプロセスのうち、逆洗浄プロセスＳ２，リンス・プロセスＳ７及び補水プロセスＳ８は、本発明と直接関係がなく、特許文献１，２等に示されるように周知であるので、その説明を省略する。【０１０３】
（再生プロセス：第１再生プロセスＳ２）
制御器１６からの指令信号により、制御バルブ１３（Ｍ１〜Ｍ９）は、図１０のＳ３に示すように開閉状態が制御される。その結果、原水３は、希釈水として配管３８−１，３８−１５を経て、エゼクタ３５の一次側へ供給される。エゼクタ３５では、原水３の通過によってノズル部の吐出側で負圧が発生する。その結果、塩水供給装置１４内の飽和塩水は、配管３８−１８を介してエゼクタ３５へ吸引される。そして、エゼクタ３５内では、飽和塩水が所定の再生剤濃度Ｃまで希釈され、再生剤５（希釈塩水）が調製される。この再生剤５は、配管３８−６，３８−５を介して第１通液部２０へ供給され、ここから樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された再生剤５は、イオン交換樹脂床２を下降流で通過し、イオン交換樹脂床２の全体を再生させる。イオン交換樹脂床２を通過した再生剤５は、第２通液部２２で収集される。使用済みの再生剤５は、配管３８−１６，３８−１３，３８−９，３８−１９，３８−２０を介して系外へ排出される（図６，及び図１１のＳ３を参照）。【０１０４】
第１再生プロセスＳ３は、いわゆる並流再生である。この並流再生では、図２２に示す再生不良部分５２を生ずることがない。第１再生プロセスＳ３は、再生剤５の供給容量Ｑ１が設定された再生剤量Ｕ１相当に達すると終了し、第１押出プロセスＳ４に移行する（図９のＳ３１及びＳ３２を参照）。なお、再生剤比重をＳとすると、供給容量Ｑ１及び再生剤量Ｕ１は、次の関係にある。
再生剤量Ｕ１＝再生剤濃度Ｃ×再生剤比重Ｓ×供給容量Ｑ１【０１０５】
（再生プロセス：第１押出プロセスＳ４）
制御器１６からの指令信号により、制御バルブ１３（Ｍ１〜Ｍ９）は、図１０のＳ４に示すように開閉状態が制御される。その結果、原水３は、押出水として配管３８−１，３８−１５，３８−６，３８−５を順次流れ、第１通液部２０から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された原水３は、先に導入された再生剤５を押し出しながら、イオン交換樹脂床２を下降流で通過し、イオン交換樹脂床２を引き続き再生させる。イオン交換樹脂床２を通過した再生剤５及び原水３は、第２通液部２２で収集される。使用済みの再生剤５は、原水３とともに配管３８−１６，３８−１３，３８−９，３８−１９，３８−２０を介して系外へ排出される（図６，及び図１１のＳ４を参照）。【０１０６】
（再生プロセス：第２再生プロセスＳ５）
制御器１６からの指令信号により、制御バルブ１３（Ｍ１〜Ｍ９）は、図１０のＳ５に示すように開閉状態が制御される。その結果、原水３は、希釈水として配管３８−１，３８−１５を経て、エゼクタ３５の一次側へ供給される。塩水供給装置１４内の飽和塩水は、配管３８−１８を介してエゼクタ３５へ吸引され、所定の再生剤濃度Ｃの再生剤５（希釈塩水）が調製される。この再生剤５は、配管３８−８，３８−１６を介して第２通液部２２へ供給され、ここから樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された再生剤５は、下側部分樹脂床７を上昇流で通過し、下側部分樹脂床７を再生させる。下側部分樹脂床７を通過した再生剤５は、第３通液部２３で収集される。使用済みの再生剤５は、集液菅３２，配管３８−１０，３８−２０を介して系外へ排出される（図６，及び図１１のＳ５を参照）。【０１０７】
第２再生プロセスＳ５は、いわゆる部分向流再生である。この部分向流再生では、第１再生プロセスＳ３の際に十分に再生されていなかった硬度リーク防止床６が最初に再生される。下側部分樹脂床７の残りの部分は、硬度リーク防止床６の再生に使用されなかった再生剤５により再生される。なお、第２再生プロセスＳ５において、下側部分樹脂床７の流動は、第３通液部より上方の樹脂床（上側部分樹脂床）によって抑制される。第２再生プロセスＳ５は、再生剤５の供給容量Ｑ２が設定された再生剤量Ｕ２相当に達すると終了し、第２押出プロセスＳ６に移行する（図９のＳ５１及びＳ５２を参照）。なお、再生剤比重をＳとすると、供給容量Ｑ２及び再生剤量Ｕ２は、次の関係にある。
再生剤量Ｕ２＝再生剤濃度Ｃ×再生剤比重Ｓ×供給容量Ｑ２【０１０８】
（再生プロセス：第２押出プロセスＳ６）
制御器１６からの指令信号により、制御バルブ１３（Ｍ１〜Ｍ９）は、図１０のＳ６に示すように開閉状態が制御される。その結果、原水３は、押出水として配管３８−１，３８−１５，３８−８，３８−１６を順次流れ、第２通液部２２から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された原水３は、先に導入された再生剤５を押し出しながら、下側部分樹脂床７を上昇流で通過し、下側部分樹脂床７を引き続き再生させる。下側部分樹脂床７を通過した再生剤５及び原水３は、第３通液部２３で収集される。使用済みの再生剤５は、原水３とともに集液菅３２，配管３８−１０，３８−２０を介して系外へ排出される（図６，及び図１１のＳ６を参照）。【０１０９】
押出プロセスＳ４，Ｓ６において、押出水として用いられる原水の水質は、電気伝導率Ｋが１５００μＳ／ｃｍ以下，かつ全硬度Ｈが５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下である。そして、特に第２押出プロセスＳ６では、硬度リーク防止床６に対して、押出量Ｎが０．４〜２．５ＢＶ，かつ押出線速度Ｖ２が０．７〜２ｍ／ｈとなるように操作される。【０１１０】
＜効果＞
実施例１に係る硬水軟化装置１の効果を、軟水の採水量を示す硬度除去容量Ｘ、及び軟水の純度を示す硬度リーク量Ｙについて、従来の再生方式の硬水軟化装置と比較して説明する。従来の硬水軟化装置は、スプリット・フロー再生又は並流再生を行うものである。【０１１１】
（実験例１）
二段再生タイプ（実施例１）、スプリット・フロー再生タイプ（従来）、及び並流再生タイプ（従来）の硬水軟化装置について、次の条件にて、再生プロセス及び押出プロセスを行った。その後、水処理プロセスを行い、それぞれの硬水軟化装置の特性を調べた。結果を図１４及び図１５に示す。【０１１２】
（１）装置条件
イオン交換樹脂量：８００Ｌ
イオン交換樹脂床の深さＤ１：９２１ｍｍ
下側部分樹脂床の深さＤ３：２５０ｍｍ
イオン交換樹脂床の直径Ｚ：１０６２ｍｍ
（２）原水条件
全硬度Ｈ：９０ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
電気伝導率Ｋ：３００μＳ／ｃｍ
（３）再生プロセスの操作条件
全再生レベルＲ：６０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ
再生剤配分パターン：Ｐ５（二段再生に適用，図１２を参照）
再生剤濃度Ｃ：１０ｗｔ％
再生線速度Ｖ１：１．５ｍ／ｈ
（４）押出プロセスの操作条件
押出量Ｎ：１．５ＢＶ
押出線速度Ｖ２：１．０ｍ／ｈ
（５）水処理プロセスの操作条件
給水流量：４０ｍ３／ｈ（ＳＶ５０）【０１１３】
図１４は、硬度除去容量Ｘに対する硬度リーク量Ｙの変化を示しており、いわゆる破過曲線と呼ばれるものである。すなわち、図１４は、採水量の増加に伴う硬度リーク量Ｙの変化を示す特性図である。図１５のＸＢＴＰ値は、図１４において、硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ（貫流点）に達したときの硬度除去容量（貫流交換容量）を示す。また、図１５のＹＡＶＥ値は、図１４において、貫流点までの平均リーク硬度を示す。【０１１４】
図１５の結果によれば、二段再生は、スプリット・フロー再生よりもＸＢＴＰ値が大きい。従って、二段再生は、スプリット・フロー再生よりも多くの採水量を得ることができる。また、二段再生は、ＹＡＶＥ値がスプリット・フロー再生よりも僅かに高いものの、同程度のオーダーである。従って、二段再生は、スプリット・フロー再生と同等の軟水の純度を得ることができる。なお、並流再生は、採水開始直後から、硬度リーク量Ｙが２ｍｇＣａＣＯ３／Ｌを超えており、ＸＢＴＰ値及びＹＡＶＥ値を特定できなかった。つまり、並流再生は、低い全再生レベルＲ（６０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ）の場合、高純度の軟水が要求される用途には適していない。【０１１５】
（実験例２）
次に、実験例１に対して、原水条件及び再生プロセスの操作条件を変えて行った場合の特性について説明する。実験例２で変更された条件は、次の通りである。
（２′）原水条件
全硬度Ｈ：３００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
電気伝導率Ｋ：１０００μＳ／ｃｍ
（３′）再生プロセスの操作条件
全再生レベルＲ：１２０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ
再生剤配分パターン：Ｐ３（二段再生に適用，図１２を参照）
再生剤濃度Ｃ：１０ｗｔ％
再生線速度Ｖ１：１．５ｍ／ｈ【０１１６】
図１６及び図１７は、実験例２の結果を示す。この結果によれば、二段再生は、スプリット・フロー再生よりも多くの採水量を得ることができる。更に、二段再生は、スプリット・フロー再生と同等の軟水の純度を得ることができる。なお、並流再生は、実験例１に対して全再生レベルＲを増加しているにも関わらず、硬度リーク量Ｙが１ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の軟水を得ることができなかった。
【実施例２】
【０１１７】
＜硬水軟化装置の構成＞
実施例２に係る硬水軟化装置は、実施例１と同様に、図８及び図９に示されたプロセスＳ１〜Ｓ８を実施する。ただし、第２再生プロセスＳ５及び第２押出プロセスＳ６が、以下の点で相違する。
（Ｓ５′）再生剤としての塩水を下側部分樹脂床７に対して下から上へ通過させると同時に、上側部分樹脂床に対して上から下へ通過させる第２再生プロセス
（Ｓ６′）押出水としての原水を下側部分樹脂床７に対して下から上へ通過させると同時に、上側部分樹脂床に対して上から下へ通過させる第２再生プロセス【０１１８】
樹脂貯槽１２は、基本的には特許文献１，２と同様の構成である。しかしながら、図１８に示すように、中間集液部の位置をより下げている点で相違する。樹脂貯槽１２上端の開口部４１には、ベッセル１７の底部付近へ延びる第１収集管４２が接続されている。第１収集管４２の先端部には、樹脂ビーズの流出を防止する第４スクリーン４３が装着されている。また、開口部４１には、深さＤ３の位置へ延びる第２収集管４４が接続されている。第２収集管４４の先端部には、樹脂ビーズの流出を防止する第５スクリーン４５が装着されている。両収集管４２，４４の軸芯は、樹脂貯槽１２の軸芯と同軸上に設定されている。すなわち、両収集管４２，４４は、二重管構造のコレクタとして機能する。更に、開口部４１には、第２収集管４４の外側を覆うように装着された第６スクリーン４６が設けられている。【０１１９】
第４スクリーン４３は、第２配液部及び第１集液部として機能する。第５スクリーン４５は、第２集液部として機能する。第６スクリーン４６は、第１配液部として機能する。下側部分樹脂床７の深さＤ３は、第５スクリーン４５の側面に形成された複数のスリットに対し、最上端部と最下端部の間の中間位置に設定されている。プロセスＳ１〜Ｓ８を制御する制御バルブ（図示省略）は、例えば、特許文献２に記載のコントロールバルブユニット（３）が用いられる。なお、図１８は、イオン交換樹脂床の直径Ｚに対するイオン交換樹脂床の深さＤ１の比率（Ｄ１／Ｚ）が実施例１よりも大きく設定された態様を示している。しかしながら、この比率は、実施例１のように小さくすることもできる。【０１２０】
＜硬水軟化装置の運転方法＞
実施例２における水処理プロセス及び再生プロセスの動作を、図１９を参照して説明する。図１９の矢印は、流体の流れを示す。【０１２１】
（通水プロセスＳ１）
図１９のＳ１に示すように、原水３は、第６スクリーン４６から樹脂貯槽１２内へ配水される。樹脂貯槽１２内では、原水３がイオン交換樹脂床２を下降流で通過し、その過程で硬度成分がＮａイオンに置換され、軟水化される。イオン交換樹脂床２を通過した処理水（軟水）４は、第４スクリーン４３で収集されたのち、第１収集管４２を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。【０１２２】
（再生プロセス：第１再生プロセスＳ３）
図１９のＳ３に示すように、再生剤５（希釈塩水）は、第６スクリーン４６から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された再生剤５は、イオン交換樹脂床２内を下降流で通過し、イオン交換樹脂床２の全体を再生させる。イオン交換樹脂床２を通過した再生剤５は、第４スクリーン４３で収集されたのち、第１収集管４２を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。【０１２３】
（再生プロセス：第１押出プロセスＳ４）
図１９のＳ４に示すように、原水３は、第６スクリーン４６から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された原水３は、先に導入された再生剤５を押し出しながら、イオン交換樹脂床２を下降流で通過し、イオン交換樹脂床２を引き続き再生させる。イオン交換樹脂床２を通過した再生剤５及び原水３は、第４スクリーン４３で収集される。使用済みの再生剤５は、原水３とともに第１収集管４２を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。【０１２４】
（再生プロセス：第２再生プロセスＳ５′）
図１９のＳ５′に示すように、再生剤５（希釈塩水）の一部は、第１収集管４２を通って第４スクリーン４３から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された再生剤５は、下側部分樹脂床７を上昇流で通過し、下側部分樹脂床７を再生させる。下側部分樹脂床７を通過した再生剤５は、第５スクリーン４５で収集されたのち、第２収集管４４を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。流出の流れは、破線矢印で示される。再生剤５の他部は、第６スクリーン４６から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された再生剤５は、上側部分樹脂床を下降流で通過し、上側部分樹脂床を再生させる。上側部分樹脂床を通過した再生剤５は、第５スクリーン４５で収集されたのち、第２収集管４４を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。【０１２５】
（再生プロセス：第２押出プロセスＳ６′）
図１９のＳ６′に示すように、原水３の一部は、第１収集管４２を通って第４スクリーン４３から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された原水３は、先に導入された再生剤５を押し出しながら、下側部分樹脂床７を上昇流で通過し、下側部分樹脂床７を引き続き再生させる。下側部分樹脂床７を通過した再生剤５及び原水３は、第５スクリーン４５で収集される。使用済みの再生剤５は、原水３とともに第２収集管４４を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。流出の流れは、破線矢印で示される。原水３の他部は、第６スクリーン４６から樹脂貯槽１２内へ配水される。配水された原水３は、先に導入された再生剤５を押し出しながら、上側部分樹脂床を下降流で通過し、上側部分樹脂床を引き続き再生させる。上側部分樹脂床を通過した再生剤５及び原水３は、第５スクリーン４５で収集される。使用済みの再生剤５は、原水３とともに第２収集管４４を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。【０１２６】
＜効果＞
実施例２に係る硬水軟化装置の効果を実施例１と比較して説明する。次の実験例３は、実施例１の実験例２と対比するため、装置条件，原水条件及び操作条件を可能な範囲で一致させて行ったものである。【０１２７】
（実験例３）
二段再生タイプ（実施例２）の硬水軟化装置について、次の条件にて、再生プロセス及び押出プロセスを行った。その後、水処理プロセスを行い、特性を調べた。結果を図２０及び図２１に示す。【０１２８】
（１″）装置条件
イオン交換樹脂量：８００Ｌ
イオン交換樹脂床の深さＤ１：９２１ｍｍ
下側部分樹脂床の深さＤ３：２５０ｍｍ
イオン交換樹脂床の直径Ｚ：１０６２ｍｍ
（２″）原水条件
全硬度Ｈ：３００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ
電気伝導率Ｋ：１００μＳ／ｃｍ
（３″）再生プロセスの操作条件
全再生レベルＲ：１２０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ
再生レベルＲ１：８０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ
再生レベルＲ２：１８４ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ（上側部分樹脂床及び下側部分樹脂床に対しては、４０ｇＮａＣｌ／Ｌ−Ｒ）
再生剤濃度Ｃ：１０ｗｔ％
再生線速度Ｖ１：１．５ｍ／ｈ
（４″）押出プロセスの操作条件
押出量Ｎ：１．５ＢＶ
押出線速度Ｖ２：１．０ｍ／ｈ
（５″）水処理プロセスの操作条件
給水流量：４０ｍ３／ｈ（ＳＶ５０）【０１２９】
図２１の結果によれば、実施例２は、実施例１よりもＸＢＴＰ値が約５％減少した。また、実施例２は、ＹＡＶＥ値が実施例１と同じレベルになった。ＸＢＴＰ値の減少は僅かであるので、実施例２は、実施例１の変形として有用である。【０１３０】
本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上記の実施形態若しくは実施例は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。更に、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、ボイラ装置や逆浸透膜装置等、低硬度の給水を必要とする機器に接続される硬水軟化装置に広く利用することができる。
【図１】
2011141953.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2011141953.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
2011141953.tif 000023
【図２２】
2011141953.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月16日(2011.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかにおいて、
イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；
前記イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；
前記第１再生プロセスの後に、原水を前記イオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の底部で集液することにより原水の下降流を生成して、導入された再生剤を押し出す第１押出プロセスを行い；
前記第２再生プロセスの後に、原水を前記イオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、前記イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより原水の上昇流を生成して、導入された再生剤を押し出す第２押出プロセスを行う、イオン交換装置の運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
第５発明は、第１発明から第４発明のいずれかにおいて、イオン交換装置は、硬水軟化装置であり；イオン交換樹脂床は、強酸性陽イオン交換樹脂ビーズからなり；第１再生プロセスの後に、原水をイオン交換樹脂床の頂部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の底部で集液することにより原水の下降流を生成して、導入された再生剤を押し出す第１押出プロセスを行い；第２再生プロセスの後に、原水をイオン交換樹脂床の底部へ配液しながら、イオン交換樹脂床の中間部で集液することにより原水の上昇流を生成して、導入された再生剤を押し出す第２押出プロセスを行う、イオン交換装置の運転方法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第５発明によれば、第１発明から第４発明のいずれかの効果に加え、押出プロセスに原水を使用するので、処理水の貯留タンク及び送水ポンプが不要になるほか、硬水軟化装置の流路を切り換えるプロセス制御バルブの構造を簡素化できる。また、押出プロセスを第１再生プロセス後と第２再生プロセス後にそれぞれ行うので、第１再生プロセスの際に、イオン交換樹脂床からの脱離した硬度成分を系外へ確実に排出することができる。更に、第１再生プロセスで配液された再生剤をイオン交換樹脂床の末端まで通過させることで、再生の効率を高めることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
ステップ３は、軟水の硬度リーク量Ｙが要求量以下となる押出線速度Ｖ２及び押出量Ｎを設定する。まず、押出線速度Ｖ２は、再生線速度Ｖ１と特定の相関関係を有しているので、再生線速度Ｖ１と近似することができる。そのため、ステップ２で設定された再生線速度Ｖ１を参照して、押出線速度Ｖ２を０．７〜２ｍ／ｈの範囲に設定する。次に、再生線速度Ｖ１に対して、０．７〜２ｍ／ｈの条件を与えると、硬度リーク量Ｙが要求量以下となる押出量Ｎの上限値を求めることができる。この上限値は、図４における線Ｌ３で表されるので、押出量Ｎの最大値は、線Ｌ１と線Ｌ３の交点に相当する２．５ＢＶとなる。一方、押出量Ｎの下限値は、イオン交換樹脂床２の空隙率に相当する０．４ＢＶとする。この下限値は、図４において線Ｌ４で表される。線Ｌ４より下側の領域では、押出量Ｎが極端に少なく、イオン交換樹脂床２と再生剤５の接触時間が不十分になるため、再生効率が低下する。また、イオン交換樹脂床２内に再生剤５が残留するため、水処理プロセスで再生剤５が後段の機器へ流出し、腐食破損などの障害を引き起こすおそれもある。従って、押出量Ｎは、線Ｌ３と線Ｌ４との間の領域に対応する０．４〜２．５ＢＶの範囲に設定する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
第１Ｌ型配管２６及び第２Ｌ型配管２９は、コストダウンのために共通の部品で構成されている。ただし、第１Ｌ型配管２６では、流出口３１は使用しないので塞がれている。第１スクリーン２４の外径は、第１開口部１９の内径よりも小さく設定されている。また、第２スクリーン２７及び第３スクリーン３０の外径は、第２開口部２１の内径よりも小さく設定されている。このため、各スクリーン２４，２７，３０は、樹脂貯槽１２の外側から挿入して組み立て可能になっている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
第３通液部２３は、集液部としてのみ機能する。すなわち、第２再生プロセスＳ５及び第２押出プロセスＳ６において、第３通液部２３は、集液部（本発明の第２集液部）として機能する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
図６において、符号３３は、ストレーナを示す。符号３４は、オリフィスを示す。符号３５は、エゼクタを示す。符号３６は、定流量弁を示す。符号３７は、フィルタを示す。樹脂貯槽１２，塩水供給装置１４及びバルブＭ１〜Ｍ９等の要素は、第１配管３８−１，第２配管３８−２，・・・，及び第２０配管３８−２０により接続されている。これらの各配管３８は、黒丸で示す分岐点（符号省略）により区画される配管である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
＜硬水軟化装置の構成＞
実施例２に係る硬水軟化装置は、実施例１と同様に、図８及び図９に示されたプロセスＳ１〜Ｓ８を実施する。ただし、第２再生プロセスＳ５及び第２押出プロセスＳ６が、以下の点で相違する。
（Ｓ５´）再生剤としての塩水を下側部分樹脂床７に対して下から上へ通過させると同時に、上側部分樹脂床に対して上から下へ通過させる第２再生プロセス
（Ｓ６´）押出水としての原水を下側部分樹脂床７に対して下から上へ通過させると同時に、上側部分樹脂床に対して上から下へ通過させる第２押出プロセス
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２１】
（水処理プロセス）
図１９のＳ１に示すように、原水３は、第６スクリーン４６から樹脂貯槽１２内へ配水される。樹脂貯槽１２内では、原水３がイオン交換樹脂床２を下降流で通過し、その過程で硬度成分がＮａイオンに置換され、軟水化される。イオン交換樹脂床２を通過した処理水（軟水）４は、第４スクリーン４３で収集されたのち、第１収集管４２を通って樹脂貯槽１２の外へ流出する。
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月22日(2011.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
請求項５において、
深さＤ１が３００〜１５００ｍｍの前記イオン交換樹脂床に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床が設定されており；
前記第２押出プロセスは、電気伝導率Ｋが１５００μＳ／ｃｍ以下，かつ全硬度Ｈが５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を用い；
前記硬度リーク防止床に対し、押出量Ｎが０．４〜２．５ＢＶ（Ｂｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ），かつ押出線速度Ｖ２が０．７〜２ｍ／ｈに設定される、イオン交換装置の運転方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
第６発明は、第５発明において、深さＤ１が３００〜１５００ｍｍのイオン交換樹脂床に対し、底部を基点として深さＤ２が１００ｍｍの硬度リーク防止床が設定されており；第２押出プロセスは、電気伝導率Ｋが１５００μＳ／ｃｍ以下，かつ全硬度Ｈが５００ｍｇＣａＣＯ３／Ｌ以下の原水を用い；硬度リーク防止床に対し、押出量Ｎが０．４〜２．５ＢＶ（Ｂｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ），かつ押出線速度Ｖ２が０．７〜２ｍ／ｈに設定される、イオン交換装置の運転方法である。
【国際調査報告】
2011141953.tif 000025
2011141953.tif 000026
2011141953.tif 000027
2011141953.tif 000028